| 第九章 測量問題 一 我們已經(jīng)在科莫會議上認識了馮·諾伊曼（John Von Neumann），這位現(xiàn)代計算機的奠基人之一，20世紀最杰出的數(shù)學家。關于他的種種傳說在科學界就像經(jīng)久不息的傳奇故事，流傳得越來越廣越來越玄：說他6歲就能心算8位數(shù)乘法啦，8歲就懂得微積分啦，12歲就精通泛函分析啦，又有人說他過目不忘，精熟歷史，有人舉出種種匪夷所思的例子來說明他的心算能力如何驚人。有人說他10歲便通曉5種語言，并能用每一種來寫搞笑的打油詩，這一數(shù)字在另一些人口中變成了7種。不管怎么樣，每個人都承認，這家伙是一個百年罕見的天才。 要一一列舉他的杰出成就得花上許多時間：從集合論到數(shù)學基礎方面的研究；從算子環(huán)到遍歷理論，從博弈論到數(shù)值分析，從計算機結(jié)構(gòu)到自動機理論，每一項都可以大書特書。不過我們在這里只關注他對于量子論的貢獻，僅僅這一項也已經(jīng)足夠讓他在我們的史話里占有一席之地。 我們在前面已經(jīng)說到，狄拉克在1930年出版了著名的《量子力學原理》教材，完成了量子力學的普遍綜合。但從純數(shù)學上來說，量子論仍然缺乏一個共同的嚴格基礎，這一缺陷便由馮諾伊曼來彌補。1926年，他來到哥廷根，擔任著名的希爾伯特的助手，他們倆再加上諾戴姆不久便共同發(fā)表了《量子力學基礎》的論文，將希爾伯特的算子理論引入量子論中，將這一物理體系從數(shù)學上嚴格化。到了1932年，馮諾伊曼又發(fā)展了這一工作，出版了名著《量子力學的數(shù)學基礎》。這本書于1955年由普林斯頓推出英文版，至今仍是經(jīng)典的教材。我們無意深入數(shù)學中去，不過馮諾伊曼證明了幾個很有意思的結(jié)論，特別是關于我們的測量行為的，這深深影響了一代物理學家對波函數(shù)坍縮的看法。 我們還對上一章困擾我們的測量問題記憶猶新：每當我們一觀測時，系統(tǒng)的波函數(shù)就坍縮了，按概率跳出來一個實際的結(jié)果，如果不觀測，那它就按照方程嚴格發(fā)展。這是兩種迥然不同的過程，后者是連續(xù)的，在數(shù)學上可逆的，完全確定的，而前者卻是一個“坍縮”，它隨機，不可逆，至今也不清楚內(nèi)在的機制究竟是什么。這兩種過程是如何轉(zhuǎn)換的？是什么觸動了波函數(shù)這種劇烈的變化？是“觀測”嗎？但是，我們這樣講的時候，用的語言是日常的，曖昧的，模棱兩可的。我們一直理所當然地用使用“觀測”這個詞語，卻沒有給它下一個精確的定義。什么樣的行為算是一次“觀測”？如果說睜開眼睛看算是一次觀測，那么閉上眼睛用手去摸呢？用棍子去捅呢？用儀器記錄呢？如果說人可以算是“觀測者”，那么貓呢？一臺計算機呢？一個蓋革計數(shù)器又如何？ 馮諾伊曼敏銳地指出，我們用于測量目標的那些儀器本身也是由不確定的粒子所組成的，它們自己也擁有自己的波函數(shù)。當我們用儀器去“觀測”的時候，這只會把儀器本身也卷入到這個模糊疊加態(tài)中間去。怎么說呢，假如我們想測量一個電子是通過了左邊還是右邊的狹縫，我們用一臺儀器去測量，并用指針搖擺的方向來報告這一結(jié)果。但是，令人哭笑不得的是，因為這臺儀器本身也有自己的波函數(shù)，如果我們不“觀測”這臺儀器本身，它的波函數(shù)便也陷入一種模糊的疊加態(tài)中！諾伊曼的數(shù)學模型顯示，當儀器測量電子后，電子的波函數(shù)坍縮了不假，但左/右的疊加只是被轉(zhuǎn)移到了儀器那里而已?，F(xiàn)在是我們的儀器處于指針指向左還是右的疊加狀態(tài)了！假如我們再用儀器B去測量那臺儀器A，好，現(xiàn)在A的波函數(shù)又坍縮了，它的狀態(tài)變成確定，可是B又陷入模糊不定中……總而言之，當我們用儀器去測量儀器，這整個鏈條的最后一臺儀器總是處在不確定狀態(tài)中，這叫做“無限后退”（infinite regression）。從另一個角度看，假如我們把用于測量的儀器也加入到整個系統(tǒng)中去，這個大系統(tǒng)的波函數(shù)從未徹底坍縮過！ 可是，我們相當肯定的是，當我們看到了儀器報告的結(jié)果后，這個過程就結(jié)束了。我們自己不會處于什么荒誕的疊加態(tài)中去。當我們的大腦接受到測量的信息后，game over，波函數(shù)不再搗亂了。 難道說，人類意識（Consciousness）的參予才是波函數(shù)坍縮的原因？只有當電子的隨機選擇結(jié)果被“意識到了”，它才真正地變?yōu)楝F(xiàn)實，從波函數(shù)中脫胎而出來到這個世界上。而只要它還沒有“被意識到”，波函數(shù)便總是留在不確定的狀態(tài)，只不過從一個地方不斷地往最后一個測量儀器那里轉(zhuǎn)移罷了。在諾伊曼看來，波函數(shù)可以看作希爾伯特空間中的一個矢量，而“坍縮”則是它在某個方向上的投影。然而是什么造成這種投影呢？難道是我們的自由意識？ 換句話說，因為一臺儀器無法“意識”到自己的指針是指向左還是指向右的，所以它必須陷入左/右的混合態(tài)中。一只貓無法“意識”到自己是活著還是死了，所以它可以陷于死/活的混合態(tài)中。但是，你和我可以“意識”到電子究竟是左還是右，我們是生還是死，所以到了我們這里波函數(shù)終于徹底坍縮了，世界終于變成現(xiàn)實，以免給我們的意識造成混亂。 瘋狂？不理性？一派胡言？難以置信？或許每個人都有這種震驚的感覺。自然科學，這最驕傲的貴族，宇宙萬物的立法者，對自然終極奧秘孜孜不倦的探險家，這個總是自詡為最客觀，最嚴苛、最一絲不茍、最不能容忍主觀意識的法官，現(xiàn)在居然要把人類的意識，或者換個詞說，靈魂，放到宇宙的中心！哥白尼當年將人從宇宙中心驅(qū)逐了出去，而現(xiàn)在他們又改頭換面地回來了？這足以讓每一個科學家毛骨悚然。 不，這一定是胡說八道，說這話的人肯定是發(fā)瘋了，要不就是個物理白癡。物理學需要“意識”？這是本世紀最大的笑話！但是，且慢，說這話的人也許比你聰明許多，說不定，還是一位諾貝爾物理學獎得主？ 尤金·維格納（Eugene Wigner）于1902年11月17日出生于匈牙利布達佩斯。他在一間路德教會中學上學時認識了馮諾伊曼，后者是他的學弟。兩人一個更擅長數(shù)學，一個更擅長物理，在很長時間里是一個相當互補的組合。維格納是20世紀最重要的物理學家之一，他把群論應用到量子力學中，對原子核模型的建立起到了至關重要的作用。他和狄拉克、約爾當?shù)热艘黄鸪蔀榱孔訄稣摰牡旎?，順便說一句，他的妹妹嫁給了狄拉克，因而成為后者的大舅子。他參予了曼哈頓計劃，在核反應理論方面有著突出的貢獻。1963年，他被授予諾貝爾物理獎金。 對于量子論中的觀測問題，維格納的意見是：意識無疑在觸動波函數(shù)中擔當了一個重要的角色。當人們還在為薛定諤那只倒霉的貓而爭論不休的時候，維格納又出來捅了一個更大的馬蜂窩，這就是所謂的“維格納的朋友”。 “維格納的朋友”是他所想象的某個熟人（我猜想其原型不是狄拉克就是馮諾伊曼?。斞Χㄖ@的貓在箱子里默默地等待命運的判決之時，這位朋友戴著一個防毒面具也同樣呆在箱子里觀察這只貓。維格納本人則退到房間外面不去觀測箱子里到底發(fā)生了什么?，F(xiàn)在，對于維格納來說，他對房間里的情況一無所知，他是不是可以假定箱子里處于一個（活貓+高興的朋友）AND（死貓+悲傷的朋友）的混合態(tài)呢？可是，當他事后詢問那位朋友的時候，后者肯定會否認這一種疊加狀態(tài)。維格納總結(jié)道，當朋友的意識被包含在整個系統(tǒng)中的時候，疊加態(tài)就不適用了。即使他本人在門外，箱子里的波函數(shù)還是因為朋友的觀測而不斷地被觸動，因此只有活貓或者死貓兩個純態(tài)的可能。 維格納論證說，意識可以作用于外部世界，使波函數(shù)坍縮是不足為奇的。因為外部世界的變化可以引起我們意識的改變，根據(jù)牛頓第三定律，作用與反作用原理，意識也應當能夠反過來作用于外部世界。他把論文命名為《對于靈肉問題的評論》（Remarks on the mind-body question），收集在他1967年的論文集里。 量子論是不是玩得過火了？難道“意識”，這種虛無飄渺的概念真的要占領神圣的物理領域，成為我們理論的一個核心嗎？人們總在內(nèi)心深處排斥這種“恐怖”的想法，柯文尼（Peter Coveney）和海菲爾德（Roger Highfield）寫過一本叫做《時間之箭》（The arrow of time）的書，其中講到了維格納的主張。但在這本書的中文版里，譯者特地加了一個“讀者存照”，說這種基于意識的解釋是“牽強附會”的，它聲稱觀測完全可以由一套測量儀器作出，因此是“完全客觀”的。但是這種說法顯然也站不住腳，因為儀器也只不過給馮諾伊曼的無限后退鏈條增添了一個環(huán)節(jié)而已，不觀測這儀器，它仍然處在疊加的波函數(shù)中。 可問題是，究竟什么才是“意識”？這帶來的問題比我們的波函數(shù)本身還要多得多，是一個得不償失的策略。意識是獨立于物質(zhì)的嗎？它服從物理定律嗎？意識可以存在于低等動物身上嗎？可以存在于機器中嗎？更多的難題如潮水般地涌來把無助的我們吞沒，這滋味并不比困擾于波函數(shù)怎樣坍縮來得好受多少。 事實上，只有沒事干的哲學家才對這種問題津津樂道，真正的腦科學家和神經(jīng)科學家對此往往是不屑一顧或者漠不關心。當意識問題被拉入對于量子論的解釋后，許多介紹物理的書籍里都煞有介事地出現(xiàn)了大腦的剖面圖，不厭其煩地講解皮層的各個分區(qū)，神經(jīng)結(jié)的連接，海馬體……這的確是有趣的景象！接下來，我們不如對這個意識問題做幾句簡單的探討，不過我們并不想在這上面花太多的時間，因為我們的史話還要繼續(xù)前進，仍有一些新奇的東西正等著我們。 在這節(jié)的最后要特別聲明的是，關于“意識作用于外部世界”只是一種可能的說法而已。這并不意味著種種所謂的“特異功能”，“心靈感應”，“意念移物”，“遠距離彎曲勺子”等等有了理論基礎。對于這些東西，大家最好還是堅持“特別異乎尋常的聲明需要有特別堅強的證據(jù)支持”這一原則，要求對每一個個例進行嚴格的，可重復的雙盲實驗。就我所知，還沒有一個特異功能的例子通過了類似的檢驗。 *********
飯后閑話：海森堡和德國原子彈計劃（六） 計算臨界質(zhì)量的大小本質(zhì)上是一個統(tǒng)計問題。為了確保在過多的中子逃逸而使鏈式反應停止之前有足夠的鈾235分子得到分裂，它至少應該能保證2^80個分子（大約1摩爾）進行了反應，也就是維持80次分裂。這個范圍是多大呢？這相當于問，一個人（分子）在隨機地前進并折返了80次之后大約會停留在多大的半徑里。這是非常有名的“醉鬼走路”問題，如果你讀過蓋莫夫的老科普書《從一到無窮大》，也許你還會對它有點印象。海森堡就此算出了一個距離：54厘米，這相當于需要13噸鈾235，而在當時要分離出如此之多是難以想象的。 但是，54厘米這個數(shù)字是一個上限，也就是說，在最壞的情況下才需要54厘米半徑的鈾235.實際上在計算中忽略了許多的具體情況比如中子的吸收，或者在少得多的情況下也能夠引起鏈式反應，還有種種海森堡因為太過“聰明”而忽略的重要限制條件。海森堡把一個相當復雜的問題過分簡化，從他的計算中可以看出，他對快中子反應其實缺乏徹底的了解，這一切都導致他在報告中把幾噸的鈾235當作一個下限，也就是“最少需要”的質(zhì)量，而且直到廣島原子彈爆炸后還帶著這一觀點（他不知道，佩爾斯在1939年已經(jīng)做出了正確的結(jié)果?。? 這樣一個錯誤，不要說是海森堡這樣的一流物理學家，哪怕是一個普通的物理系大學生也不應該犯下。而且竟然沒有人對他的結(jié)果進行過反駁！這不免讓一些人浮想聯(lián)翩，認為海森堡“特地”炮制了這樣一個錯誤來欺騙上頭從而阻止原子彈的制造?？上囊磺械那闆r來看，海森堡自己對此也是深信不疑的。 1945年8月6日，被囚在Farm Hall的德國科學家們被告知廣島的消息，各個震驚不已。海森堡一開始評論說：“我一點也不相信這個原子彈的消息，當然我可能錯了。我以為他們（盟國）可能有10噸的富鈾，但沒想到他們有10噸的純鈾235！”海森堡仍然以為，一顆核彈要幾噸的鈾235.哈恩對這個評論感到震驚，因為他原以為只要很少的鈾就可以制造炸彈（這是海森堡以前說過的，但那是指一個“反應堆炸彈”，也就是反應堆陷入不穩(wěn)定而變成爆炸物，哈恩顯然搞錯了）。海森堡糾正了這一觀點，然后猜測盟國可能找到了一種有效地分離同位素的辦法（他仍然以為盟國分離了那么多鈾235，而不是自己的估計錯了?。?。 9點整，眾人一起收聽了BBC的新聞，然后又展開熱烈討論。海森堡雖然作了一些正確的分析，但卻又提出了那個“54厘米”的估計。第二天，眾人開始起草備忘錄。第三天，海森堡和沃茲討論了钚炸彈的可能性，海森堡覺得钚可能比想象得更容易分裂（他從報紙上得知原子彈并不大），但他自己沒有數(shù)據(jù)，因為德國沒有反應堆來生產(chǎn)钚。直到此時，海森堡仍然以為鈾彈需要幾噸的質(zhì)量才行。 二 意識使波函數(shù)坍縮？可什么才是意識呢？這是被哲學家討論得最多的問題之一，但在科學界的反應卻相對冷淡。在心理學界，以沃森（John B.Watson）和斯金納（B.F.Skinner）等人所代表的行為主義學派通常樂于把精神事件分解為刺激和反應來研究，而忽略無法用實驗確證的“意識”本身。的確，甚至給“意識”下一個準確的定義都是困難的，它產(chǎn)生于何處，具體活動于哪個部分，如何作用于我們的身體都還是未知之謎。人們一般能夠達成共識的是，并非大腦的所有活動都是“意識”，事實上大腦的許多活動是我們本身意識不到的，我們通常只注意到它的輸出結(jié)果，而并不參控它運行的整個過程。當我的耳邊響起《第九交響曲》時，我的眼前突然不由浮現(xiàn)出我在中學時代的童年時光，但我自己一點都不知道我的大腦是如何具體地一步步完成了這個過程，這是在我的“下意識”中完成的！有時候我甚至會奇怪：我為什么會這樣想呢？另外，許多人也承認，“意識”似乎與我們的“注意”密切相關，它同時還要求一定的記憶能力來完成前后連貫的動作。 可以肯定的是，意識不是一種具體的物質(zhì)實在。沒有人在進行腦科手術時在顱骨內(nèi)發(fā)現(xiàn)過任何有形的“意識”的存在。它是不是腦的一部分的作用體現(xiàn)呢？看起來應該如此，但具體哪個部分負責“意識”卻是眾說紛紜。有人說是大腦，因為大腦才有種種復雜的交流性功能，而掌握身體控制的小腦看起來更像一臺自動機器。我們在學習游泳或者騎自行車的時候，一開始總是要戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，注意身體每個姿勢的控制，每個動作前都要想想好。但一旦熟練以后，小腦就接管了身體的運動，把它變成了一種本能般的行為。比如騎慣自行車的人就并不需要時時“意識”到他的每個動作。事實上，我們“意識”的反應是相當遲緩的（有實驗報告說有半秒的延遲），當一位鋼琴家進行熟練的演奏時，他往往是“不假思索”，一氣呵成，從某種角度來說，這已經(jīng)不能稱作“完全有意識”的行為，就像我們平常說的：“熟極而流，想都不想”。而且值得注意的是，這種后天學習的身體技能往往可以保持很長時間不被遺忘。 也有人說，大腦并沒有意識，而只是指揮身體的行動。在一個實驗中，我們刺激大腦的某個區(qū)域使得試驗者的右手運動，但試驗者本身“并不想”使它運動！那么，當我們“有意識”地想要運動我們的右手時，必定在某處由意識產(chǎn)生了這種欲望，然后通過電信號傳達給特定的皮層，最后才導致運動本身。實驗者認為中腦和丘腦是這種自由意識所在。但也有別人認為是網(wǎng)狀體，或者海馬體的。很多人還認為，大腦左半球才可以稱得上“有意識”，而右半球則是自動機。 這些具體的爭論且放在一邊不管，我們站高一點來看問題：意識在本質(zhì)上是什么東西呢？它是不是某種神秘的非物質(zhì)世界的幽靈，完全脫離我們的身體大腦而存在，只有當它“附體”在我們身上時，我們才會獲得這種意識呢？顯然絕大多數(shù)科學家都不會認同這種說法，一種心照不宣的觀點是，意識是一種結(jié)構(gòu)模式，它完全基于物質(zhì)基礎（我們的腦）而存在，但卻需要更高一層次的規(guī)律去闡釋它。這就是所謂的“整體論”（Holism）的解釋。 什么是意識？這好比問：什么是信息？一個消息是一種信息，但是，它的載體本身并非信息，它所蘊涵的內(nèi)容才是。我告訴你：“湖人隊今天輸球了”，這8個字本身并不是信息，它的內(nèi)容“湖人隊輸球”才是真正的信息。同樣的信息完全可以用另外的載體來表達，比如寫一行字告訴你，或者發(fā)一個E-Mail給你，或者做一個手勢。所以，研究載體本身并不能得出對相關信息有益的結(jié)論，就算我把這8個字拆成一筆一劃研究個透徹，這也不能幫助我了解“湖人隊輸球”的意義何在。信息并不存在于每一個字中，而存在于這8個字的組合中，對于它的描述需要用到比單個字更高一層次的語言和規(guī)律。 什么是貝多芬的《第九交響曲》？它無非是一串音符的組合。但音符本身并不是交響曲，如果我們想描述這首偉大作品，我們要涉及的是音符的“組合模式”！什么是海明威的《老人與?！?？它無非是一串字母的組合。但字母本身也不是小說，它們的“組合模式”才是！為了更好地理解字母不是小說，組合模式才是小說的概念，我們假設用最簡單的編碼方法來加密《老人與?！愤@部作品，也就是對于每一個字母用相應的符號來替換。比如說A換成圓圈，B換成方塊，C換成三角……等等。現(xiàn)在我們手上有一本充滿了古怪符號的書，我問你：這還是《老人與海》嗎？大部分人應該承認：還是。因為原書的信息并沒有任何的損失，它的“組合模式”仍然原封不動地保留在那里，只不過在基礎層面上換了一種表達方式罷了，它完全可以再反編譯回來。這本密碼版《老人與?！吠耆葍r于原本《老人與海》！ 回到我們的問題上來：什么是意識？意識是組成腦的原子群的一種“組合模式”！我們腦的物質(zhì)基礎和一塊石頭沒什么不同，是由同樣的碳原子、氫原子、氧原子……組成的。構(gòu)成我們腦的電子和構(gòu)成一塊石頭的電子完全相同，就算把它們相互調(diào)換，也不會造成我們的腦袋變成一塊石頭的奇觀。我們的意識，完全建筑在我們腦袋的結(jié)構(gòu)模式之上！只要一堆原子按照特定的方式排列起來，它就可以構(gòu)成我們的意識，就像只要一堆字母按照特定的方式排列起來，就可以構(gòu)成《老人與?！芬粯?。這里并不需要某個非物質(zhì)的“靈魂”來附體，就如你不會相信，只有當“海明威之魂”附在一堆字母上才會使它變成《老人與?！芬粯?。單個腦細胞顯然不能意識到任何東西，但是許多腦細胞按照特定的模式組合起來，“意識”就在組合中產(chǎn)生了。 好，到此為止，大部分人還是應該對這種相當唯物的說法感到滿意的。但只要再往下合理地推論幾步，許多人可能就要覺得背上出冷汗了。如果“意識”完全取決于原子的“組合模式”的話，第一個推論就是：它可以被復制。出版社印刷成千上萬本的《老人與?！?，為什么原子不能被復制呢？假如我們的技術發(fā)達到一定程度，可以掃描你身體里每一個原子的位置和狀態(tài)，并在另一個地方把它們重新組合起來的話，這個新的“人”是不是你呢？他會不會擁有和你一樣的“意識”？或者干脆說，他和你是不是同一個人？假如我們承認意識完全基于原子排列模式，我們的回答無疑就是YES！這和“克隆人”是兩個概念，克隆人只不過繼承了你的基因，而這個“復制人”卻擁有你的意識，你的記憶，你的感情，你的一切，他就是你本人！ 近幾年來，在量子通信方面我們有了極大的突破。把一個未知的量子態(tài)原封不動地傳輸?shù)降诙吣抢镆呀?jīng)成為可能，而且事實上已經(jīng)有許多具體協(xié)議的提出。雖然令人欣慰的是，有一個叫做“不可復制定理”（no cloning theorem，1982年Wootters，Zurek和Dieks提出）的原則規(guī)定在傳輸量子態(tài)的同時一定會毀掉原來那個原本。換句話說，量子態(tài)只能cut + paste，不能copy + paste，這阻止了兩個“你”的出現(xiàn)。但問題是，如果把你“毀掉”，然后在另一個地方“重建”起來，你是否認為這還是“原來的你”？ 另一個推論就是：“組合模式”本身并非要特定的物質(zhì)基礎才能呈現(xiàn)。我們已經(jīng)看到，我們完全可以用另一套符號系統(tǒng)去重寫《老人與?！?，這并不造成實質(zhì)的差別。一套電影，我可以用膠片記錄，也可以用錄像帶，VCD，LD或者DVD記錄。當然有人會提出異議，說壓縮實際上造成了信息的損失，VCD版的Matrix已經(jīng)不是電影版的Matrix，其實這無所謂，我們換個比喻說，一張彩色數(shù)字照片可以用RGB來表示色彩，也可以用另一些表達系統(tǒng)比如說CMY，HSI，YUV或者YIQ來表示。再比如，任何序列都可以用一些可逆的壓縮手法例如Huffman編碼來壓縮，字母也可以用摩爾斯電碼來替換，歌曲可以用簡譜或者五線譜記錄，雖然它們看上去很不同，但其中包含的信息卻是相同的！假如你有興趣，用圍棋中的白子代表0，黑子代表1，你無疑也可以用鋪滿整個天安門廣場的圍棋來拷貝一張VCD，這是完全等價的！ 那么，只要有某種復雜的系統(tǒng)可以包含我們“意識模式”的主要信息或者與其等價，顯然我們應該認為，意識并不一定要依賴于我們這個生物有機體的肉身而存在！假設我們大腦的所有信息都被掃描而存入一臺計算機中，這臺計算機嚴格地按照物理定律來計算這些分子對于各種刺激的反應而最終求出相應結(jié)果以作出回應，那么從理論上說，這臺計算機的行為完全等同于我們自身！我們是不是可以說，這臺計算機實際上擁有了我們的“意識”？ 對于許多實證主義者來說，判定“擁有意識”或者“能思考”的標準便嚴格地按照這個“模式結(jié)構(gòu)理論”的方法。意識只不過是某種復雜的模式結(jié)構(gòu)，或者說，是在輸入和輸出之間進行的某種復雜算法。任何系統(tǒng)只要能夠模擬這種算法，它就可以被合理地認為擁有意識。和馮?諾伊曼同為現(xiàn)代計算機奠基人的阿蘭?圖靈（Alan Turin）在1950年提出了判定計算機能否像人那般實際“思考”的標準，也就是著名的“圖靈檢驗”。他設想一臺超級計算機和一個人躲藏在幕后回答提問者的問題，而提問者則試圖分辨哪個是人哪個是計算機。圖靈爭辯說，假如計算機偽裝得如此巧妙，以致沒有人可以在實際上把它和一個真人分辨開來的話，那么我們就可以聲稱，這臺計算機和人一樣具備了思考能力，或者說，意識（他的原詞是“智慧”）。現(xiàn)代計算機已經(jīng)可以擊敗國際象棋大師（可憐的卡斯帕羅夫?。?，真正騙倒一個測試者的日子不知還有多久才能來到，大家自己估計一下好了。 計算機在復雜到了一定程度之后便可以實際擁有意識，持這種看法的人通常被稱為“強人工智能派”。在他們看來，人的大腦本質(zhì)上也不過是一臺異常復雜的計算機，只是它不由晶體管或者集成電路構(gòu)成，而是生物細胞而已。但細胞也得靠細微的電流工作，就算我們尚不完全清楚其中的機制，也沒有理由認為有某種超自然的東西在里面。就像薛定諤在他那本名揚四海的小冊子《生命是什么》中所做的比喻一樣，一個蒸汽機師在第一次看到電動機時會驚訝地發(fā)現(xiàn)這機器和他所了解的熱力學機器十分不同，但他會合理地假定這是按照某些他所不了解的原理所運行的，而不會大驚小怪地認為是幽靈驅(qū)動了一切。 你可能要問，算法復雜到了何種程度才有資格被稱為“意識”呢？這的確對我們理解波函數(shù)何時坍縮有實際好處！但這很可能又是一個難題，像那個著名的悖論：一粒沙落地不算一個沙堆，兩粒沙落地不算一個沙堆，但10萬粒沙落地肯定是一個沙堆了。那么，具體到哪一粒沙落地時才形成一個沙堆呢？對這種模糊性的問題科學家通常不屑解答，正如爭論貓或者大腸桿菌有沒有意識一樣，我們對波函數(shù)還是一頭霧水！ 當然，也有一些更為極端的看法認為，任何執(zhí)行了某種算法的系統(tǒng)都可以看成具有某種程度的“意識”！比如指南針，人們會論證說，它“喜歡”指著南方，當把它撥亂后，它就出于“厭惡”而竭力避免這種狀態(tài)，而回到它所“喜歡”的狀態(tài)里去。以這種帶相當泛神論色彩的觀點來看，萬事萬物都有著“意識”，只是程度的不同罷了。意識，簡單來說，就是一個系統(tǒng)的算法，它“喜歡”那些大概率的輸出，“討厭”那些小概率的輸出。一個有著趨光性的變形蟲也有意識，只不過它“意識”的復雜程度比我們?nèi)祟愐图壓枚嗪枚啾读T了。 你也許不相信這種說法，但你只要承認“意識”只是在物質(zhì)基礎上的一種排列模式，你便很難否認我們說到的一些奇特性質(zhì)。甚至連“意識是否可能在死后繼續(xù)存在”這樣的可怕問題，我們的答案也應該是在原則上肯定的！這就好比問，《第九交響曲》在音樂會結(jié)束后是不是還繼續(xù)存在？顯然我們只要保留了這個排列信息的資料，我們隨時可以用不同的方法把它具體重現(xiàn)出來（任何時候都不缺碳原子、氫原子……）。當然，在我們的技術能力還達不到能夠獲得全部組合信息并保留它們之前（可能我們永遠也沒有這個技術），人死后自然就沒有意識了，就像音樂會后燒毀了所有的樂譜一樣，這個樂曲自然就此“失傳”了。 你可能已經(jīng)看得瞠目結(jié)舌，不過我們的說法把意識建立在完全客觀和唯物的基礎上，它實在已經(jīng)是最不故作神秘的一種！意識不是一個獨立的存在，而是系統(tǒng)復雜到了一定程度后表現(xiàn)出來的客觀性質(zhì)。它雖然是一種組合機制，但脫離了具體的物質(zhì)（暫時肉體是唯一可能）它也無法表現(xiàn)出來。就像軟件脫離了硬件無法具體運行一樣，意識的體現(xiàn)不可能脫離物質(zhì)而進行。假如我們被迫去尋找一種獨立于物質(zhì)的“意識”的話，那未免走得太遠了。 當然，對于習慣了二元論的公眾來說，試圖使他們相信靈魂或者意識只是大量神經(jīng)原的排列和集體行為是教他們吃驚的。對于徹底的唯物論者，試圖使他們相信意識作為一種特定的排列信息可能長期保存并在不同平臺上重現(xiàn)也是艱難的任務。心理學家和神經(jīng)科學家克里克（Francis Crick）不得不把這一論斷稱為“驚人的假說”（見《驚人的假說：靈魂的科學探索》）。但對于大多數(shù)科學家來說，這也許是一種理所當然的推論。當然也有某些人認為意識或者靈魂并非復雜性造就的一個客觀的副產(chǎn)品，它并不一定能夠用算法來模擬，并的確具有某種主動效應！這里面包括牛津大學的羅杰?彭羅斯（Roger Penrose），諸位如果有興趣了解他的觀點，可以閱讀其著作《皇帝新腦》（The Emperor’s New Mind）。 *********
這一節(jié)已經(jīng)太長了，我把海森堡的那個閑話的最后一部分放到下一節(jié)里去。許多人說這個閑話專題有點羅嗦，我是很贊同的。其實這是我很久以來一直想寫的一個內(nèi)容，只不過借了史話的因頭趁興完成而已，所以有點不厭其煩，風格和正文有些出入。在以后修訂的時候我會把它獨立出來，作為外一篇處理吧。 三 我們在“意識問題”那里頭暈眼花地轉(zhuǎn)了一圈回來之后，究竟得到了什么收獲呢？我們弄清楚貓的量子態(tài)在何時產(chǎn)生坍縮了嗎？我們弄清意識究竟是如何作用于波函數(shù)了嗎？似乎都沒有，反倒是疑問更多了：如果說意識只不過是大腦復雜性的一種表現(xiàn)，那么這個精巧結(jié)構(gòu)是如何具體作用到波函數(shù)上的呢？我們是不是已經(jīng)可以假設，一臺足夠復雜的計算機也具有坍縮波函數(shù)的能力了呢？反而讓我們感到困惑的是，似乎這是一條走不通的死路。電子的波函數(shù)是自然界在一個最基本層次上的物理規(guī)律，而正如我們已經(jīng)討論過的那樣，“意識”所遵循的規(guī)則，是一個大量原子的組合才可能體現(xiàn)出來的整體效果，它很可能處在一個很高的層次上面。就像你不能用處理單詞和句子的語法規(guī)則去處理小說情節(jié)一樣，用波函數(shù)和意識去互相聯(lián)系，看起來似乎是一種層面的錯亂，好比有人試圖用牛頓定律去闡述經(jīng)濟學規(guī)則一樣。 如果說“意識”使得一切從量子疊加態(tài)中脫離，成為真正的現(xiàn)實的話，那么我們不禁要問一個自然的問題：當智能生物尚未演化出來，這個宇宙中還沒有“意識”的時候，它的狀態(tài)是怎樣的呢？難道說，第一個有意識的生物的出現(xiàn)才使得從創(chuàng)生起至那一剎那的宇宙歷史在一瞬間成為現(xiàn)實？難道說“智能”的參予可以在那一刻改變過去，而這個“過去”甚至包含了它自身的演化歷史？ 1979年是愛因斯坦誕辰100周年，在他生前工作的普林斯頓召開了一次紀念他的討論會。在會上，愛因斯坦的同事，也是玻爾的密切合作者之一約翰？惠勒（John Wheeler）提出了一個相當令人吃驚的構(gòu)想，也就是所謂的“延遲實驗”（delayed choice experiment）。在前面的章節(jié)里，我們已經(jīng)對電子的雙縫干涉非常熟悉了，根據(jù)哥本哈根解釋，當我們不去探究電子到底通過了哪條縫，它就同時通過雙縫而產(chǎn)生干涉，反之，它就確實地通過一條縫而順便消滅干涉圖紋?；堇胀ㄟ^一個戲劇化的思維實驗指出，我們可以“延遲”電子的這一決定，使得它在已經(jīng)實際通過了雙縫屏幕之后，再來選擇究竟是通過了一條縫還是兩條！ 這個實驗的基本思路是，用涂著半鍍銀的反射鏡來代替雙縫。一個光子有一半可能通過反射鏡，一半可能被反射，這是一個量子隨機過程，跟它選擇雙縫還是單縫本質(zhì)上是一樣的。把反射鏡和光子入射途徑擺成45度角，那么它一半可能直飛，另一半可能被反射成90度角。但是，我們可以通過另外的全反射鏡，把這兩條分開的岔路再交匯到一起。在終點觀察光子飛來的方向，我們可以確定它究竟是沿著哪一條道路飛來的。 但是，我們也可以在終點處再插入一塊呈45度角的半鍍銀反射鏡，這又會造成光子的自我干涉。如果我們仔細安排位相，我們完全可以使得在一個方向上的光子呈反相而相互抵消，而在一個確定的方向輸出。這樣的話我們每次都得到一個確定的結(jié)果（就像每次都得到一個特定的干涉條紋一樣），根據(jù)量子派的說法，此時光子必定同時沿著兩條途徑而來！ 總而言之，如果我們不在終點處插入半反射鏡，光子就沿著某一條道路而來，反之它就同時經(jīng)過兩條道路?，F(xiàn)在的問題是，是不是要在終點處插入反射鏡，這可以在光子實際通過了第一塊反射鏡，已經(jīng)快要到達終點時才決定。我們可以在事情發(fā)生后再來決定它應該怎樣發(fā)生！如果說我們是這出好戲的導演的話，那么我們的光子在其中究竟扮演了什么角色，這可以等電影拍完以后再由我們決定！ 雖然聽上去古怪，但這卻是哥本哈根派的一個正統(tǒng)推論！惠勒后來引玻爾的話說，“任何一種基本量子現(xiàn)象只在其被記錄之后才是一種現(xiàn)象”，我們是在光子上路之前還是途中來做出決定，這在量子實驗中是沒有區(qū)別的。歷史不是確定和實在的——除非它已經(jīng)被記錄下來。更精確地說，光子在通過第一塊透鏡到我們插入第二塊透鏡這之間“到底”在哪里，是個什么，是一個無意義的問題，我們沒有權(quán)利去談論它，它不是一個“客觀真實”！惠勒用那幅著名的“龍圖”來說明這一點，龍的頭和尾巴（輸入輸出）都是確定的清晰的，但它的身體（路徑）卻是一團迷霧，沒有人可以說清。 在惠勒的構(gòu)想提出5年后，馬里蘭大學的卡洛爾？阿雷（Carroll O Alley）和其同事當真做了一個延遲實驗，其結(jié)果真的證明，我們何時選擇光子的“模式”，這對于實驗結(jié)果是無影響的（和玻爾預言的一樣，和愛因斯坦的相反！），與此同時慕尼黑大學的一個小組也作出了類似的結(jié)果。 這樣稀奇古怪的事情說明了什么呢？ 這說明，宇宙的歷史，可以在它實際發(fā)生后才被決定究竟是怎樣發(fā)生的！在薛定諤的貓實驗里，如果我們也能設計某種延遲實驗，我們就能在實驗結(jié)束后再來決定貓是死是活！比如說，原子在1點鐘要么衰變毒死貓，要么就斷開裝置使貓存活。但如果有某個延遲裝置能夠讓我們在2點鐘來“延遲決定”原子衰變與否，我們就可以在2點鐘這個“未來”去實際決定貓在1點鐘的死活！ 這樣一來，宇宙本身由一個有意識的觀測者創(chuàng)造出來也不是什么不可能的事情。雖然宇宙的行為在道理上講已經(jīng)演化了幾百億年，但某種“延遲”使得它直到被一個高級生物所觀察才成為確定。我們的觀測行為本身參予了宇宙的創(chuàng)造過程！這就是所謂的“參予性宇宙”模型（The Prticipatory Universe）。宇宙本身沒有一個確定的答案，而其中的生物參予了這個謎題答案的構(gòu)建本身！ 這實際上是某種增強版的“人擇原理”（anthropic principle）。人擇原理是說，我們存在這個事實本身，決定了宇宙的某些性質(zhì)為什么是這樣的而不是那樣的。也就是說，我們討論所有問題的前提是：事實上已經(jīng)存在了一些像我們這樣的智能生物來討論這些問題。我們回憶一下笛卡兒的“第一原理”：不管我懷疑什么也好，有一點我是不能懷疑的，那就是“我在懷疑”本身。“我思故我在”！類似的原則也適用于人擇原理：不管這個宇宙有什么樣的性質(zhì)也好，它必須要使得智能生物可能存在于其中，不然就沒有人來問“宇宙為什么是這樣的？”這個問題了。隨便什么問題也好，你首先得保證有一個“人”來問問題，不然就沒有意義了。 舉個例子，目前宇宙似乎是在以一個“恰到好處”的速度在膨脹。只要它膨脹得稍稍快一點，當初的物質(zhì)就會四散飛開，而無法凝聚成星系和行星。反過來，如果稍微慢一點點，引力就會把所有的物質(zhì)都吸到一起，變成一團具有驚人的密度和溫度的大雜燴。而我們正好處在一個“臨界速度”上，這才使得宇宙中的各種復雜結(jié)構(gòu)和生命的誕生成為可能。這個速度要準確到什么程度呢？大約是10^55分之一，這是什么概念？你從宇宙的一端瞄準并打中在另一端的一只蒼蠅（相隔300億光年），所需準確性也不過10^30分之一。類似的驚人準確的宇宙常數(shù)，我們還可以舉出幾十個。 我們問：為什么宇宙以這樣一個速度膨脹？人擇原理的回答是：宇宙必須以這樣一個速度膨脹，不然就沒有“你”來問這個問題了。因為只有以這樣一個速度膨脹，生命和智慧才可能誕生，從而使問題的提出成為可能！顯然不會有人問：“為什么宇宙以1米/秒的速度膨脹？”因為以這個速度膨脹的宇宙是一團火球，不會有人在那里存在。 參予性宇宙是增強的人擇原理，它不僅表明我們的存在影響了宇宙的性質(zhì)，更甚，我們的存在創(chuàng)造了宇宙和它的歷史本身！可以想象這樣一種情形：各種宇宙常數(shù)首先是一個不確定的疊加，只有被觀測者觀察后才變成確定。但這樣一來它們又必須保持在某些精確的范圍內(nèi)，以便創(chuàng)造一個好的環(huán)境，令觀測者有可能在宇宙中存在并觀察它們！這似乎是一個邏輯循環(huán)：我們選擇了宇宙，宇宙又創(chuàng)造了我們。這件怪事叫做“自指”或者“自激活”（self-exciting），意識的存在反過來又創(chuàng)造了它自身的過去！ 請各位讀者確信，我寫到這里已經(jīng)和你們一樣頭大如斗，嗡嗡作響不已。這個理論的古怪差不多已經(jīng)超出了我們可以承受的心理極限，我們在“意識”這里已經(jīng)筋疲力盡，無力繼續(xù)前進了。對此感到不可接受的也絕不僅僅是我們這些門外漢，當時已經(jīng)大大有名的約翰？貝爾（John Bell，我們很快就要講到他）就嘟囔道：“難道億萬年來，宇宙波函數(shù)一直在等一個單細胞生物的出現(xiàn)，然后才坍縮？還是它還得多等一會兒，直到出現(xiàn)了一個有資格的，有博士學位的觀測者？”要是愛因斯坦在天有靈，看到有人在他的誕辰紀念上發(fā)表這樣古怪的，違反因果律的模型，不知作何感想？ 就算從哥本哈根解釋本身而言，“意識”似乎也走得太遠了。大多數(shù)“主流”的物理學家仍然小心謹慎地對待這一問題，持有一種更為“正統(tǒng)”的哥本哈根觀點。然而所謂“正統(tǒng)觀念”其實是一種鴕鳥政策，它實際上就是把這個問題拋在一邊，簡單地假設波函數(shù)一觀測就坍縮，而對它如何坍縮，何時坍縮，為什么會坍縮不聞不問。量子論只要在實際中管用就行了，我們更為關心的是一些實際問題，而不是這種玄之又玄的闡述！ 但是，無論如何，當新物理學觸及到這樣一個困擾了人類千百年的本體問題核心后，這無疑也激起了許多物理學家們的熱情和好奇心。的確有科學家沿著維格納的方向繼續(xù)探索，并論證意識在量子論解釋中所扮演的地位。這里面的代表人物是伯克利勞倫斯國家物理實驗室的美國物理學家亨利？斯塔普（Henry Stapp），他自1993年出版了著作《精神，物質(zhì)和量子力學》（Mind， Matter， and Quantum Mechanics）之后，便一直與別的物理學家為此辯論至今（大家如果有興趣，可以去他的網(wǎng)頁http://www-physics.lbl.gov/~stapp/stappfiles.html看看他的文章）。這種說法也獲得了某些人的支持，去年，也就是2003年，還有人（阿姆斯特丹大學的Dick J. Bierman）宣稱用實驗證明了人類意識“的確”使波函數(shù)坍縮。不過這一派的支持者也始終無法就“意識”建立起有說服力的模型來，對于他們的宣稱，我們在心懷懼意的情況下最好還是采取略為審慎的保守態(tài)度，看看將來的發(fā)展如何再說。 我們沿著哥本哈根派開拓的道路走來，但或許是走得過頭了，誤入歧途，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在盡頭藏著一只叫做“意識”的怪獸讓我們驚恐不已。這已經(jīng)不是玻爾和哥本哈根派的本意，我們還是退回到大多數(shù)人站著的地方，看看還有沒有別的道路可以前進。嗯，我們發(fā)現(xiàn)的確還有幾條小路通向未知的盡頭，讓我們試著換幾條道路走走，看看它是不是會把我們引向光明的康莊大道。不過讓我們先在原來的那條路上做好記號，醒目地寫下“意識怪獸”的字樣并打上驚嘆號以警醒后人。好，現(xiàn)在我們出發(fā)去另一條道路探險，這條小道看上去籠罩在一片濃霧繚繞中，并且好像在遠處分裂成無限條岔路。我似乎已經(jīng)有不太美妙的預感，不過還是讓我們擦擦汗，壯著膽子前去看看吧。 *********
飯后閑話：海森堡和德國原子彈計劃（七） 海森堡不久便從報上得知了炸彈的實際重量：200千克，核心爆炸物只有幾千克。他顯得煩躁不已，對自己的估計錯在何處感到非常納悶。他對哈特克說：“他們是怎么做到的？如果我們這些曾經(jīng)干過同樣工作的教授們連他們（理論上）是怎么做到的都搞不懂，我感到很丟臉。”德國人討論了多種可能性，但一直到14號，事情才起了決定性的轉(zhuǎn)變。 到了8月14號，海森堡終于意識到了正確的計算方法（也不是全部的），他在別的科學家面前進行了一次講授，并且大體上得到了相對正確的結(jié)果。他的結(jié)論是6.2厘米半徑——16千克！而在他授課時，別的科學家對此表現(xiàn)出一無所知，他們的提問往往幼稚可笑。德國人為他們的驕傲自大付出了最終的代價。 對此事的進一步分析可以在1998年出版的《海森堡與納粹原子彈計劃》（Paul Rose）和2000年出版的《希特勒的鈾俱樂部》（Jeremy Bernstein）二書中找到非常詳盡的資料。大體上說，近幾年來已經(jīng)比較少有認真的歷史學家對此事表示異議，至少在英語世界是如此。 關于1941年海森堡和玻爾在哥本哈根的會面，也就是《哥本哈根》一劇中所探尋的那個場景，我們也已經(jīng)有了突破性的進展。關于這場會面的討論是如此之多之熱烈，以致玻爾的家屬提前10年（原定保密50年）公布了他的一些未寄出的信件，其中談到了1941年的會面（我們知道，玻爾生前幾乎從不談起這些），為的是不讓人們再“誤解它們的內(nèi)容”。這些信件于2002年2月6日在玻爾的官方網(wǎng)站（http://www.nbi.dk）上公布，引起一陣熱潮，使這個網(wǎng)站的日點擊率從50左右猛漲至15000. 在這些首次被披露的信件中，我們可以看到玻爾對海森堡來訪的態(tài)度。這些信件中主要的一封是在玻爾拿到Robert Jungk的新書《比一千個太陽更明亮》之后準備寄給海森堡的，我們在前面已經(jīng)說到，這本書贊揚了德國人在原子彈問題上表現(xiàn)出的科學道德（基于對海森堡本人的采訪！）。玻爾明確地說，他清楚地記得當年的每一句談話，他和妻子瑪格麗特都留下了強烈的印象：海森堡和魏扎克努力地試圖說服玻爾他們，德國的最終勝利不可避免，因此采取不合作態(tài)度是不明智的。玻爾說，海森堡談到原子彈計劃時，給他留下的唯一感覺就是在海森堡的領導下，德國正在按部就班地完成一切。他強調(diào)說，他保持沉默，不是海森堡后來宣稱的因為對原子彈的可行性感到震驚，而是因為德國在致力于制造原子彈！玻爾顯然對海森堡的以及Jungk的書造成的誤導感到不滿。在別的信件中，他也提到，海森堡等人對別的丹麥科學家解釋說，他們對德國的態(tài)度是不明智的，因為德國的勝利十分明顯。玻爾似乎曾經(jīng)多次想和海森堡私下談一次，以澄清關于這段歷史的誤解，但最終他的信件都沒有發(fā)出，想必是思量再三，還是覺得恩恩怨怨就這樣讓它去吧。 這些文件可以在http://www.nbi.dk/NBA/papers/docs/cover.html找到。 容易理解，為什么多年后玻爾夫人再次看到海森堡和魏扎克時，憤怒地對旁人說：“不管別人怎么說，那不是一次友好的訪問！” 這些文件也部分支持了海森堡的傳記作者Cassidy在2000年的Physics Today雜志上的文章（這篇文章是針對《哥本哈根》一劇而寫的）。Cassidy認為海森堡當年去哥本哈根是為了說服玻爾德國占領歐洲并不是最壞的事（至少比蘇聯(lián)占領歐洲好），并希望玻爾運用他的影響來說服盟國的科學家不要制造原子彈。 當然仍然有為海森堡辯護的人，主要代表是他的一個學生Klaus Gottstein，當年一起同行的魏扎克也仍然認定，是玻爾犯了一個“可怕的記憶錯誤”。 不管事實怎樣也好，海森堡的真實形象也許也就是一個普通人——毫無準備地被卷入戰(zhàn)爭歲月里去的普通德國人。他不是英雄，也不是惡棍，他對于納粹的不認同態(tài)度有目共睹，他或許也只是身不由己地做著一切戰(zhàn)爭年代無奈的事情。盡管歷史學家的意見逐漸在達成一致，但科學界的態(tài)度反而更趨于對他的同情。Rice大學的Duck和Texas大學的Sudarshan說：“再偉大的人也只有10％的時候是偉大的……重要的只是他們曾經(jīng)做出過原創(chuàng)的，很重要，很重要的貢獻……所以海森堡在他的后半生是不是一個完人對我們來說不重要，重要的是他創(chuàng)立了量子力學。” 在科學史上，海森堡的形象也許一直還將是那個在赫爾格蘭島日出時分為物理學帶來了黎明的大男孩吧？ 四 吃一塹，長一智，我們總結(jié)一下教訓。之所以前頭會碰到“意識”這樣的可怕東西，關鍵在于我們無法準確地定義一個“觀測者”！一個人和一臺照相機之間有什么分別，大家都說不清道不明，于是給“意識”乘隙而入。而把我們逼到不得不去定義什么是“觀測者”這一步的，則是那該死的“坍縮”。一個觀測者使得波函數(shù)坍縮？這似乎就賦予了所謂的觀測者一種在宇宙中至高無上的地位，他們享有某種超越基本物理定律的特權(quán)，可以創(chuàng)造一些真正奇妙的事情出來。 真的，追本朔源，罪魁禍首就在曖昧的“波函數(shù)坍縮”那里了。這似乎像是哥本哈根派的一個魔咒，至今仍然把我們陷在其中不得動彈，而物理學的未來也在它的詛咒下顯得一片黯淡。拿康奈爾大學的物理學家科特·戈特弗雷德（Kurt Gottfried）的話來說，這個“坍縮”就像是“一個美麗理論上的一道丑陋疤痕”，它云遮霧繞，似是而非，模糊不清，每個人都各持己見，為此吵嚷不休。怎樣在觀測者和非觀測者之間劃定界限？薛定諤貓的波函數(shù)是在我們打開箱子的那一剎那坍縮？還是它要等到光子進入我們的眼睛并在視網(wǎng)膜上激起電脈沖信號？或者它還要再等一會兒，一直到這信號傳輸?shù)酱竽X皮層的某處并最終成為一種“精神活動”時才真正坍縮？如果我們在這上面大鉆牛角尖的話，前途似乎不太美妙。 那么，有沒有辦法繞過這所謂的“坍縮”和“觀測者”，把智能生物的介入從物理學中一腳踢開，使它重新回到我們所熟悉和熱愛的軌道上來呢？讓我們重溫那個經(jīng)典的雙縫困境：電子是穿過左邊的狹縫呢，還是右邊的？按照哥本哈根解釋，當我們未觀測時，它的波函數(shù)呈現(xiàn)兩種可能的線性疊加。而一旦觀測，則在一邊出現(xiàn)峰值，波函數(shù)“坍縮”了，隨機地選擇通過了左邊或者右邊的一條縫。量子世界的隨機性在坍縮中得到了最好的體現(xiàn)。 要擺脫這一困境，不承認坍縮，那么只有承認波函數(shù)從未“選擇”左還是右，它始終保持在一個線性疊加的狀態(tài)，不管是不是進行了觀測?？墒沁@又明顯與我們的實際經(jīng)驗不符，因為從未有人在現(xiàn)實中觀察到同時穿過左和右兩條縫的電子，也沒有人看見過同時又死又活的貓（半死不活，奄奄一息的倒有不少）。事到如今，我們已經(jīng)是騎虎難下，進退維谷，哥本哈根的魔咒已經(jīng)纏住了我們，如果我們不鼓起勇氣，作出最驚世駭俗的假設，我們將注定困頓不前。 如果波函數(shù)沒有坍縮，則它必定保持線性疊加。電子必定是左/右的疊加，但在現(xiàn)實世界中從未觀測到這種現(xiàn)象。 有一個狂想可以解除這個可憎的詛咒，雖然它聽上去真的很瘋狂，但慌不擇路，我們已經(jīng)是nothing to lose。失去的只是桎梏，但說不定贏得的是整個世界呢？ 是的！電子即使在觀測后仍然處在左/右的疊加，但是，我們的世界也只不過是疊加的一部分！當電子穿過雙縫后，處于疊加態(tài)的不僅僅是電子，還包括我們整個的世界！也就是說，當電子經(jīng)過雙縫后，出現(xiàn)了兩個疊加在一起的世界，在其中的一個世界里電子穿過了左邊的狹縫，而在另一個里，電子則通過了右邊！ 波函數(shù)無需“坍縮”，去隨機選擇左還是右，事實上兩種可能都發(fā)生了！只不過它表現(xiàn)為整個世界的疊加：生活在一個世界中的人們發(fā)現(xiàn)在他們那里電子通過了左邊的狹縫，而在另一個世界中，人們觀察到的電子則在右邊！量子過程造成了“兩個世界”！這就是量子論的“多世界解釋”（Many Worlds Interpretation，簡稱MWI）。 要更好地了解MWI，不得不從它的創(chuàng)始人，一生頗有傳奇色彩的休·埃弗萊特（Hugh Everett III，他的祖父和父親也都叫Hugh Everett，因此他其實是“埃弗萊特三世”）講起。1930年11月9日，愛因斯坦在《紐約時報雜志》上發(fā)表了他著名的文章《論科學與宗教》，他的那句名言至今仍然在我們耳邊回響：“沒有宗教的科學是跛足的，沒有科學的宗教是盲目的。”兩天后，小埃弗萊特就在華盛頓出生了。 埃弗萊特對愛因斯坦懷有深深的崇敬，在他只有12歲的時候，他就寫信問在普林斯頓的愛因斯坦一些關于宇宙的問題，而愛因斯坦還真的復信回答了他。當他拿到化學工程的本科學位之后，他也進入了普林斯頓攻讀。一開始他進的是數(shù)學系，但他很快想方設法轉(zhuǎn)投物理。50年代正是量子論方興未艾，而哥本哈根解釋如日中天，一統(tǒng)天下的時候。埃弗萊特認識了許多在這方面的物理學生，其中包括玻爾的助手Aage Peterson，后者和他討論了量子論中的觀測難題，這激起了埃弗萊特極大的興趣。他很快接觸了約翰·惠勒，惠勒鼓勵了他在這方面的思考，到了1954年，埃弗萊特向惠勒提交了兩篇論文，多世界理論（有時也被稱作“埃弗萊特主義－Everettism”）第一次亮相了。 按照埃弗萊特的看法，波函數(shù)從未坍縮，而只是世界和觀測者本身進入了疊加狀態(tài)。當電子穿過雙縫后，整個世界，包括我們本身成為了兩個獨立的疊加，在每一個世界里，電子以一種可能出現(xiàn)。但不幸的是，埃弗萊特用了一個容易誤導和引起歧義的詞“分裂”（splitting），他打了一個比方，說宇宙像一個阿米巴變形蟲，當電子通過雙縫后，這個蟲子自我裂變，繁殖成為兩個幾乎一模一樣的變形蟲。唯一的不同是，一個蟲子記得電子從左而過，另一個蟲子記得電子從右而過。 惠勒也許意識到了這個用詞的不妥，他在論文的空白里寫道：“分裂？最好換個詞。”但大多數(shù)物理學家并不知道他的意見。也許，惠勒應該搞得戲劇化一點，比如寫上“我想到了一個絕妙的用詞，可惜空白太小，寫不下。”在很長的一段時間里，埃弗萊特的理論被人們理解成：當電子通過雙縫的時候，宇宙神奇地“分裂”成了兩個獨立的宇宙，在一個里面電子通過左縫，另一個相反。這樣一來，宇宙的歷史就像一條岔路，每進行一次觀測，它就分岔成若干小路，每條路對應于一個可能的結(jié)果。而每一條岔路又隨著繼續(xù)觀察而進一步分裂，直至無窮。但每一條路都是實在的，只不過它們之間無法相互溝通而已。 假設我們觀測雙縫實驗，發(fā)現(xiàn)電子通過了左縫。其實當我們觀測的一瞬間，宇宙已經(jīng)不知不覺地“分裂”了，變成了幾乎相同的兩個。我們現(xiàn)在處于的這個叫做“左宇宙”，另外還有一個“右宇宙”，在那里我們將發(fā)現(xiàn)電子通過了右縫，但除此之外一切都和我們這個宇宙完全一樣。你也許要問：“為什么我在左宇宙里，而不是在右宇宙里？”這種問題顯然沒什么意義，因為在另一個宇宙中，另一個你或許也在問：“為什么我在右宇宙，而不是左宇宙里？”觀測者的地位不再重要，因為無論如何宇宙都會分裂，實際上“所有的結(jié)果”都會出現(xiàn)，量子過程所產(chǎn)生的一切可能都對應于相應的一個宇宙，只不過在大多數(shù)“蠻荒宇宙”中，沒有智能生物來提出問題罷了。 這樣一來，薛定諤的貓也不必再為死活問題困擾。只不過是宇宙分裂成了兩個，一個有活貓，一個有死貓罷了。對于那個活貓的宇宙，貓是一直活著的，不存在死活疊加的問題。對于死貓的宇宙，貓在分裂的那一刻就實實在在地死了，不要等人們打開箱子才“坍縮”，從而蓋棺定論。 從宇宙誕生以來，已經(jīng)進行過無數(shù)次這樣的分裂，它的數(shù)量以幾何級數(shù)增長，很快趨于無窮。我們現(xiàn)在處于的這個宇宙只不過是其中的一個，在它之外，還有非常多的其他的宇宙。有些和我們很接近，那是在家譜樹上最近剛剛分離出來的，而那些從遙遠的古代就同我們分道揚鑣的宇宙則可能非常不同。也許在某個宇宙中，小行星并未撞擊地球，恐龍仍是世界主宰。在某個宇宙中，埃及艷后克婁帕特拉的鼻子稍短了一點，沒有教愷撒和安東尼怦然心動。那些反對歷史決定論的“鼻子派歷史學家”一定會對后來的發(fā)展大感興趣，看看是不是真的存在歷史蝴蝶效應。在某個宇宙中，格魯希沒有在滑鐵盧遲到，而希特勒沒有在敦刻爾克前下達停止進攻的命令。而在更多的宇宙里，因為物理常數(shù)的不適合，根本就沒有生命和行星的存在。 嚴格地說，歷史和將來一切可能發(fā)生的事情，都已經(jīng)實際上發(fā)生了，或者將要發(fā)生。只不過它們在另外一些宇宙里，和我們所在的這個沒有任何物理接觸。這些宇宙和我們的世界互相平行，沒有聯(lián)系，根據(jù)奧卡姆剃刀原理，這些奇妙的宇宙對我們都是沒有意義的。多世界理論有時也稱為“平行宇宙”（Parallel Universes）理論，就是因為這個道理。 宇宙的“分裂”其實應該算是一種誤解，不過直到現(xiàn)在，大多數(shù)人，包括許多物理學家仍然是這樣理解埃弗萊特的！這樣一來，這個理論就顯得太大驚小怪了，為了一個小小的電子從左邊還是右邊通過的問題，我們竟然要興師動眾地牽涉整個宇宙的分裂！許多人對此的評論是“殺雞用牛刀”。愛因斯坦曾經(jīng)有一次說：“我不能相信，僅僅是因為看了它一眼，一只老鼠就使得宇宙發(fā)生劇烈的改變。”這話他本來是對著哥本哈根派說的，不過的確代表了許多人的想法：用犧牲宇宙的代價來迎合電子的隨機選擇，未免太不經(jīng)濟廉價，還產(chǎn)生了那么多不可觀察的“平行宇宙”的廢料。MWI后來最為積極的鼓吹者之一，德克薩斯大學的布萊斯·德威特（BryceS.DeWitt）在描述他第一次聽說MWI的時候說：“我仍然清晰地記得，當我第一次遇到多世界概念時所受到的震動。100個略有缺陷的自我拷貝貝，都在不停地分裂成進一步的拷貝，而最后面目全非。這個想法是很難符合常識的。這是一種徹頭徹尾的精神分裂癥……”對于我們來說，也許接受“意識”，還要比相信“宇宙分裂”來得容易一些！ 不難想象，埃弗萊特的MWI在1957年作為博士論文發(fā)表后，雖然有惠勒的推薦和修改，在物理界仍然反應冷淡。埃弗萊特曾經(jīng)在1959年特地飛去哥本哈根見到玻爾，但玻爾根本就不想討論任何對于量子論新的解釋，也不想對此作什么評論，這使他心灰意冷。作為玻爾來說，他當然一生都堅定地維護著哥本哈根理論，對于50年代興起的一些別的解釋，比如玻姆的隱函數(shù)理論（我們后面要談到），他的評論是“這就好比我們希望以后能證明2×2＝5一樣。”在玻爾臨死前的最后的訪談中，他還在批評一些哲學家，聲稱：“他們不知道它（互補原理）是一種客觀描述，而且是唯一可能的客觀描述。” 受到冷落的埃弗萊特逐漸退出物理界，他先供職于國防部，后來又成為著名的Lambda公司的創(chuàng)建人之一和主席，這使他很快成為百萬富翁。但他的見解——后來被人稱為“20世紀隱藏得最深的秘密之一”的——卻長期不為人們所重視。直到70年代，德威特重新發(fā)掘了他的多世界解釋并在物理學家中大力宣傳，MWI才開始為人所知，并迅速成為熱門的話題之一。如今，這種解釋已經(jīng)擁有大量支持者，坐穩(wěn)哥本哈根解釋之后的第二把交椅，并大有后來居上之勢。為此，埃弗萊特本人曾計劃復出，重返物理界去做一些量子力學方面的研究工作，但他不幸在1982年因為心臟病去世了。 在惠勒和德威特所在的德州大學，埃弗萊特是最受尊崇的人之一。當他應邀去做量子論的演講時，因為他的煙癮很重，被特別允許吸煙。這是那個禮堂有史以來唯一的一次例外。
文章來源：遼寧教育出版社
| 
